基于MATLAB的平面连杆机构运动分析及动画毕业论文Word格式.doc

1、关键词：解析法，平面连杆机构，MATLAB，运动分析，运动仿真Based on the MATLAB Planar Linkage Mechanism Motion Analysis and AnimationABSTRACTThis article established the kinematical mathematic model of the planar mechanism ,which is programmed and solved with designing the mutual interface of the calculation by MATLAB.This con

2、venient method is provided for the complicated calculation of the analysis and also applicable to the kinematical analysis of the complex planar mechanism.A mathematical model of motion analysis was established in planar four- linkage ,and emulational software was developed. The software adopted MAT

3、LAB as a design language. It combined parametric design with interactive design and had good interfacefor user. Thus,it was faster and more convenient to analyse linkage. The emulational result was obtained as soon as input parameters was imported and the devisers can make decision-making of modific

4、ation by the comparing emulational result with design demand. It provides an applied software and method for linkage.This paper took a planar six-linkage mechanism as a example to set up the mathematics model of planar multi-linkage mechanisms, and made the optimization design and simulation by the

5、MATLAB software. It gave a efficiently and directly method to optimization design of mechanisms, and improved the ability of analyzing and designing the planar multi-linkage mechanisms. At the same time, it also provides a use for reference to the design and simulation for other mechanisms.KEY WORDS

6、: analysis, planar linkage mechanisms, MATLAB, kinematical analysis, kinematical simulation目录第1章 前言11.1 平面连杆机构的研究意义11.2 平面连杆机构的研究现状11.3 MATLAB软件介绍21.3.1 MATLAB简介21.3.2 MATLAB软件的特点41.3.3 用MATLAB处理工程问题优缺点6第2章 平面机构运动分析的复数矢量解7第3章 平面四杆机构运动分析93.1 铰链四杆机构曲柄存在条件93.2 平面四杆机构的位移分析93.3 平面四杆机构的速度分析143.4 平面四杆机构的加速

7、度分析15第4章 基于MATLAB的平面四杆机构运动分析174.1 基于MATLAB的平面四杆机构运动参数输入界面174.2 基于MATLAB的平面四杆机构运动参数计算214.3 基于MATLAB的平面四杆机构运动分析界面244.4 基于MATLAB的平面四杆机构运动仿真274.5 基于MATLAB的平面四杆机构运动参数清空及退出31第5章 平面六杆机构运动分析335.1 构建平面六杆机构数学模型335.2 平面六杆机构的运动分析345.2.1 曲柄导杆机构的运动分析345.2.2 摆动滑块机构的运动分析37第6章 基于MATLAB的平面六杆机构运动分析416.1 基于MATLAB的平面六杆机

8、构运动参数输入界面416.2 基于MATLAB的平面六杆机构运动参数计算476.3 基于MATLAB的平面六杆机构运动分析界面516.4 基于MATLAB的平面六杆机构运动仿真546.5 基于MATLAB的平面六杆机构运动参数清空及退出58结 论60谢 辞61参考文献62IV第1章 前言1.1 平面连杆机构的研究意义机构运动分析是不考虑引起机构运动的外力的影响，而仅从几何角度出发，根据已知的原动件的运动规律（通常假设为匀速运动），确定机构其它构件上各点的位移、速度、加速度，或构件的角位移、角速度、角加速度等运动参数。无论是分析研究现有机械的工作性能，还是优化综合新机械，机构运动分析都是十分重要

9、的。通过对机构的位移和轨迹分析，可以考察某构件能否实现预定的位置、构件上某点能否实现预定的轨迹要求，可以确定从动件的行程或所需的运动空间，据此判断运动中是否发生碰撞干涉或确定机构的外形轮廓尺寸。通过速度和加速度分析可以了解机构从动件的速度、加速度的变化规律能否达到工作要求。而在本设计课题中通过对机构的速度和加速度分析，就可以在设计铰链四杆机构时保证构件间相对运动部分的单位面积上的压力较小，并且低副的构造便于润滑，摩擦磨损较小，寿命长，保证传递较大的动力；也可以在设计牛头刨床的导杆机构时保证刨刀在切削过程中接近于等速运动，从而保证加工质量和延长刀具寿命；此外还保证了刀具的急回性能，从而提高了生产

10、率。1.2 平面连杆机构的研究现状在机构设计过程中，结构综合起着重要作用。把杆组看作是机构结构的单元，这个创始意念是前苏联机构学家阿苏尔所得出的，他的观点是每一个机构都是由机架、主动构件以及一个或若干个基本杆组所组成。这个结构逻辑的识别，使设计者通过清楚的杆组类型的识别与机构结构联系起来。前苏联阿尔列夫斯基院士根据杆组的类型提出了机构分类的方法（阿氏分类法），此方法迄今仍为国际上通用。用一定数目的构件及运动副的配置以组成一定自由度的运动链，这一工作称为运动链及机构的结构类型综合，亦称之为数综合。目前已解决的机构及运动链的型综合问题，为单自由度机构及多自由度机构的结构类型以及与之相应的杆组结构类

11、型。型综合理论已进展到含复合铰链及高副的平面机构。空间机构的型综合尚研究得不够，仅有P、H、R副单闭链空间机构的若干类型。如何在型综合所得结果中选择所需要的类型，即选型问题在机构设计中是很重要的。改进现有机构、创新新机构是产品设计更新中的关键措施，对于消化引进设备亦起着重要的作用。这需要进行大量的调查研究及关于机构结构方案设计理论分析，需要丰富的设计实践与专家知识相结合。例如，人们所熟知的内燃机中的机构是曲柄连杆机构，一百多年前开始研究用摆盘式发动机，出现了上百种方案设计的专利，最后选择了一种双回路机构，这种机型结构紧凑，活塞侧推力小，惯性载荷易于平衡，因而近年应用于水下运载体、航空、发电等设

12、计中。而平面机构的运动分析是机构学中最基本、最典型的运动分析之一，进行机构运动分析是设计机构、研究机构的速度和加速度的变化规律以及进行受力分析的基础。而平面机构的运动分析，常采用解析法和图解法，图解法直观、方便，但精度低；解析法虽计算复杂，但精度高。随着计算机软硬件的快速发展，解析法在进行更高层次的理论研究中得到了更广泛的应用。1.3 MATLAB软件介绍1.3.1 MATLAB简介随着科学研究的不断深入，以及工程应用不断朝着专业化、精确化方向发展，科研工作者以及工程技术人员对计算机技术的要求也越来越高。面对越来越繁重的科学以及工程计算任务，虽然用传统的c或Fortran语言也能完成任务，但是

13、程序设计者所承担的编程工作是极为繁重的，而且要求程序设计者对算法有比较深入的理解，这就使工作人员不得不将大量的时间和精力放在与研究课题关系不大的计算编程上来。为了减轻科技工作者的压力，使工作人员将时间和精力更多的放在建立模型等关键性的工作中，许多公司相继开发了一系列的数学应用软件，如MATHEMATICA、Maple、MATHCAD以及MATLAB等，其中MATLAB以其强大的功能和极高的编程效率吸引了众多的用户。MATLAB 是MATRIX LABORATORY（“矩阵实验室”）的缩写，是由美国MATHWORKS 公司开发的集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的，功能强大、操作

14、简单的语言。是国际公认的优秀数学应用软件之一。20世纪80年代初期，Cleve Moler与John Little等利用C语言开发了新一代的MATLAB语言，其开发环境如图1-1所示，此时的MATLAB语言已同时具备了数值计算功能和简单的图形处理功能。1984年，Cleve Moler与John Little等正式成立了MATHWORKS公司，把MATLAB语言推向市场，并开始了对MATLAB工具箱等的开发设计。1993年，MATHWORKS公司推出了基于个人计算机的MATLAB 4.0版本，到了1997年又推出了MATLAB 5.X版本（Release 11），并在2000年又推出了最新的MATLAB 6版本（Release 12）,如今，MATLAB7.0已经问世。图1-1 MATLAB开发环境现在，MATLAB已经发展成为适合多学科的大型软件，在世界各高校